360 Grad LIDAR Modul, M1C1, rotierend, UART

Der LiDAR-Sensor M1C1 Mini führt eine 2D-Laserscanung über 360° durch und arbeitet nach dem Triangulationsprinzip. Er ist für autonome Navigation und Kartierung vorgesehen. Er erzeugt eine Punktwolke der Umgebung, die nützlich ist für Hindernisvermeidung, autonome Positionierung, SLAM-Kartierung und die Erstellung von 2D-Karten. Er kann in mobilen Robotern, AGV-Plattformen, DIY-Saugrobotern und Bildungsprojekten eingesetzt werden.

Die Basis des Moduls ist fest, während sich der obere Kopf kontinuierlich im Uhrzeigersinn dreht. Stromversorgung und Daten werden über einen Bürstenmechanismus an den rotierenden Teil übertragen. Die Erkennungsreichweite beträgt bis zu 8 m, der optimale Bereich liegt zwischen 0,1 und 6 m. Die Winkelauflösung beträgt etwa 0,93°, die Scanfrequenz 10 Hz und die Messfrequenz 3860 Punkte pro Sekunde. Die Lichtquelle ist ein 780-nm-Laser, Klasse I, sicher für Menschen und Tiere. Der Sensor ist unempfindlich gegenüber Störungen durch Umgebungslicht und verbraucht typischerweise nur 1,0 W bei 5 V Versorgung.

Winkel- und Distanzdaten werden kontinuierlich über UART in binären Paketen mit 115200 Baud und einem Logikpegel von 3,3 V übertragen. Der Anschluss erfolgt über einen 4-poligen PH1.25-Stecker. Der Sensor ist mit jeder Plattform kompatibel, die über eine Hardware-UART verfügt: ESP32, STM32, Arduino Mega (Serial1, Serial2, Serial3), Raspberry Pi (UART über GPIO oder per USB-Adapter) sowie PC über einen USB-UART-Adapter. Für die Dekodierung und Verarbeitung der Daten in Echtzeit empfehlen wir ESP32 oder STM32. Bei Arduino Uno und Nano ist die Hardware-UART durch die USB-Verbindung belegt, und SoftwareSerial funktioniert bei 115200 Baud nicht zuverlässig. Der 3,3-V-TX-Ausgang des Sensors wird von den meisten 5-V-Boards korrekt gelesen. Der RX-Pin des Sensors darf jedoch nicht direkt mit einem 5-V-Ausgang verbunden werden.

Spezifikationen:

Versorgungsspannung: 5VDC

Leistungsaufnahme: typ. 1,0W

Lichtquelle: 780nm-Laser, Klasse I

Funktionsprinzip: Triangulation

Erkennungsreichweite: 0,1 - 6m (max. 8m)

Sichtfeld: 360° horizontal

Winkelauflösung: ca. 0,93°

Messfrequenz: 3860 Punkte/s

Scanfrequenz: 10Hz

Drehrichtung: im Uhrzeigersinn

Schnittstelle: UART

UART-Parameter: 115200 Baud, 8N1

UART-Logikpegel: 3,3V

Übertragene Daten: Winkel und Distanz, binäre Pakete

Anschluss: 4-polig, PH1.25

Gewicht: 98g

Abmessungen: 100.95 x 60.50 x 45.30 mm

Verwendung:

Die Modulplatine verfügt über einen 4-poligen PH1.25-Stecker, der Zugriff auf die Pins VCC (5VDC), TX, GND und RX bietet.

Versorgen Sie das Modul mit 5 V aus einer stabilen Quelle, die mindestens 500 mA liefern kann, um den Anlaufstrom des Motors abzudecken.

Verbinden Sie den TX-Pin des Sensors mit dem RX-Pin des Mikrocontrollers oder des USB-UART-Adapters und verbinden Sie die Massen (GND) miteinander.

Konfigurieren Sie die serielle Schnittstelle auf 115200 Baud, 8 Datenbits, keine Parität, 1 Stoppbit (8N1).

Nach dem Einschalten beginnt sich der Sensorkopf zu drehen, und nach dem Stabilisieren der Drehzahl sendet das Modul kontinuierlich Scandaten. Die Drehzahl kann extern nicht eingestellt werden.

Dekodieren Sie die Pakete gemäß dem folgenden Protokoll und prüfen Sie die Prüfsumme jedes Pakets, bevor Sie die Daten verwenden.

Montieren Sie den Sensor am Roboter oder Gerät so, dass er freie Sicht über den gesamten Umfang hat und keine Teile den rotierenden Kopf berühren oder abbremsen.

Reinigen Sie regelmäßig die optische Fensterfläche, um Fehler durch Staub und Schmutz zu vermeiden.

Kommunikationsprotokoll:

Gemäß der Dokumentation des Herstellers werden die Daten in binären Paketen im Little-Endian-Format übertragen.

Entfernung [mm] = Si >> 2

Rohwinkel [°] = (FSA >> 1) / 64 bzw. (LSA >> 1) / 64. Die Winkel der Zwischen-Samples werden durch lineare Interpolation zwischen FSA und LSA bestimmt.

Jedes Sample erhält eine Winkelkorrektur: Korrektur = arctan(19.16 x (d - 90.15) / (90.15 x d)), wobei d die Entfernung in mm ist (Korrektur = 0 für d = 0). Die Korrektur wird vom Rohwinkel abgezogen.

CS = 0x55AA ^ (CT | LSN << 8) ^ FSA ^ LSA ^ S1 ^ S2 ^ ... ^ Sn

Pakete, die mit A5 5A beginnen, sind Informationspakete (Sensormodell, Firmware-Version) und werden beim Start übertragen.

Tutorial:

2D-Karte in Echtzeit, in Python, mit FT232 USB-UART-Adapter:

Benötigt:

LiDAR-Sensor M1C1 Mini.

FT232 USB-UART-Adapter, mit auf 3.3V. eingestelltem Jumper für den Logikpegel.

5-V-Quelle, mindestens 500 mA empfohlen.

Verbindungskabel.

PC mit Python 3.8 oder neuer.

Verbindungen:

Versorgen Sie den Sensor nicht über den VCC-Pin des Adapters, wenn dieser auf 3.3V. eingestellt ist. Die Spannung ist unzureichend, und der verfügbare Strom ist gering. Verwenden Sie eine separate 5-V-Quelle oder den 5-V-Pin des Adapters, falls dieser separat verfügbar ist.

Schritte:

Stellen Sie den Jumper des FT232-Adapters auf 3,3 V und führen Sie die Verbindungen aus der obigen Tabelle bei getrennter Stromversorgung her.

Installieren Sie die erforderlichen Bibliotheken mit dem folgenden Befehl.

   pip install pyserial matplotlib

Verbinden Sie den Adapter mit dem PC und ermitteln Sie den seriellen Port. Unter Windows erscheint der Port im Geräte-Manager im Abschnitt "Anschlüsse (COM & LPT)", z. B. COM5. Unter Linux ist der Port in der Regel /dev/ttyUSB0, und der Benutzer muss Mitglied der Gruppe dialout sein.

Versorgen Sie den Sensor mit Strom und warten Sie, bis sich die Drehung stabilisiert hat.

Führen Sie das Skript mit dem folgenden Befehl aus und ersetzen Sie COM5 durch den ermittelten Port. Wenn kein Port angegeben wird, wählt das Skript ihn automatisch aus. Beim Start testet das Skript die Baudraten 115200 und 150000 und verwendet diejenige, bei der gültige Pakete empfangen werden.

   python m1c1_viewer.py COM5

Im angezeigten Fenster ist der Sensor in der Mitte markiert, und 0° ist nach oben ausgerichtet. In der linken oberen Ecke werden die Kommunikationsgeschwindigkeit (Baud), die Anzahl der Umdrehungen pro Sekunde (Rev/s), die Anzahl der Punkte pro Sekunde (Points/s) sowie die Anzahl gültiger und fehlerhafter Pakete (Packets OK und Packets BAD) angezeigt.

Fehlerbehebung:

Skript im Abschnitt Download.